Экранирующий ток
Cтраница 4
Таким образом, величина критической плотности тока имеет основополагающее значение при сверхпроводящих переходах, происходящих как при изменении тока, так и при изменении магнитного поля. Критическим является такое поле, которое вызывает экранирующие токи критической плотности. [46]
Для простоты они расположены на гранях композита. Предположим, что проводник навит в катушку, имеющую ферму диска, причем грани его лежат на торцах катушки. В этом случае составляющая поля Я ] индуцирует экранирующие токи в сверхпроводящих нитях, расположенных на гранях композита. Размеры его даны на фиг. [47]
Явление ползучести потока ( движение потока, упоминавшееся ранее, является его предельным случаем) впервые наблюдалось в экспериментах с трубчатыми сверхпроводниками 2-го рода при изучении их способности захватывать и экранировать магнитный поток. В этих экспериментах внешнее поле накладывается параллельно оси цилиндра. По мере проникновения вихревых нитей в цилиндр в толще сверхпроводника устанавливается экранирующий ток, который ограничивает дальнейшее проникновение потока. Дислокации задерживают вихревые нити, на которые действует сила Лоренца, от экранирующего тока. [48]
Магнит для этой камеры, как и аналогичные магниты для других пузырьковых камер, представляет собой большой соленоид, состоящий из двух половин, раздвинутых на некоторое расстояние, чтобы можно было пропускать пучок заряженных частиц в направлении, перпендикулярном полю. Каждая половина соленоида состоит из 20 однослойных галет, смонтированных так, как показано на рис. 2.2. Операция намотки одной такой галеты из семи компонентов представлена на рис. 13.10. Каналы охлаждения для жидкого гелия обеспечивались медной лентой, рифленая поверхность которой была обращена к сверхпроводнику. Еще одним компонентом обмотки был вспомогательный ленточный нагреватель, предназначенный для подавления экранирующих токов. [49]
Рассмотрим сверхпроводящую проволоку, по которой течет ток благодаря внешнему источнику. Физики называют этот ток током переноса, так как он переносит заряд по проволоке. Если проволока находится во внешнем магнитном поле, то возникшие на поверхности проводника экранирующие токи складываются с токами переноса и в каждой точке ток / можно рассматривать как суммарный. [50]
Сначала подробнее, чем раньше ( см. § 1.2), обсудим некоторые особенности поведения сверхпроводников в электромагнитных полях. Самая простая реакция ( отклик) сверхпроводника на приложенное магнитное постоянное во времени поле состоит в вытеснении этого поля из образца в результате появления экранирующих токов, текущих вблизи поверхности в слое толщиной порядка глубины проникновения К. Характер уравнений, описывающих такое экранирование, зависит, кроме всего прочего, от того, какова глубина А, - больше она или меньше средней длины свободного пробега I в нормальном состоянии. Такое поведение сверхпроводника в постоянном магнитном поле аналогично экранированию микроволнового излучения в случае нормального металла. Известно, что излучение проникает только на глубину скин-слоя 5 и взаимосвязь между плотностью тока J и микроволновым полем Е зависит от значения 5 - больше оно или меньше I. [51]
Из выражений (8.86) и (8.87) следует, что очевидный путь для уменьшения гистерезисных потерь в продольном магнитном поле состоит в увеличении шага скрутки. Однако при наличии поперечной составляющей поля, которая также изменяется во времени ( как это обычно и бывает в магнитах), увеличение L вызывает одновременно рост постоянной времени т (8.50) и, следовательно, увеличение потерь в поперечном поле. Возможный способ преодоления этой трудности был предложен в работе [19] и состоит в чередовании направлений скручивания сверхпроводящего провода на соседних участках вдоль всей его длины. Поскольку экранирующие токи при изменении направления скручивания также меняют свое направление, то провод ведет себя подобно набору последовательно включенных коротких отрезков одинаковой длины / с чередующимся направлением скручивания. [52]
Диаметр ниобий титановых нитей составляет - 0 002 см. Такой малый размер нитей является необходимым, но не достаточным условием магнитотермической стабильности. При наличии меняющихся во времени полей экранирующие токи текут вдоль нитей по одной стороне проводника, затем через матрицу и возвращаются обратно по другой стороне, образуя экранирующую петлю тока с большим временем затухания ( разд. Для того чтобы экранирующие токи затухали за достаточно короткое время, сравнимое со временем нарастания поля, нити сверхпроводника должны быть транспонированы или по меньшей мере перекручены внутри матрицы. Транспозиция, хотя и является идеальным приемом, трудно осуществима для любого расположения нитей, отличного от расположения по окружности. Зато перекручивание нитей может быть осуществлено довольно просто: для этого достаточно перекрутить всю проволоку таким образом, чтобы приложенное поле меняло свою ориентацию относительно нитей. [53]
В поперечном сечении провода силовые линии магнитного поля транспортного тока образуют систему концентрических окружностей. Учет собственного магнитного поля приводит к очень важному выводу о том, что транспортный ток стремится занять по возможности тонкий слой вблизи поверхности проводника - явление, напоминающее классический скин-эффект на переменном токе. Плотность тока в этом слое равна критическому значению / с, поэтому толщина слоя определяется величиной транспортного тока. Другими словами, в проводе возникают экранирующие токи, препятствующие проникновению собственного магнитного поля провода в его внутреннюю область. [54]
Для магнитного поля сверхпроводник - непреодолимая преграда, плоскость, от которой, как от зеркала, отражается это поле. Малейшее движение магнита вызывает изменение магнитного поля сверхпроводящих токов - поле как бы следит за магнитом. С увеличением магнитного поля сверхпроводящие экранирующие токи тоже возрастают, чтобы сохранить идеальный диамагнетизм. Когда приложенное магнитное поле становится достаточно большим, экранирующие токи достигают своего критического значения и металл теряет сверхпроводящие свойства. При этом экранирующие токи исчезают, и магнитное поле проникает в металл. [55]
Характеристическое расстояние может быть совсем коротким по сравнению с общей длиной проводника в катушке. Например, выбрав параметры ( такие же, как для магнита пузырьковой камеры, описанного в разд. А / см-с, / кр 105 А / см2, рн1 32 - 1СГ8 Ом - см, / 0 25 см, ас 0 017 см2, получим / кр 85 см. Для большого магнита, в котором может быть применен композитный сверхпроводник принятых размеров, эта длина очень коротка по сравнению с длиной проводника в обмотке. Таким образом, даже при медленном увеличении питающего тока экранирующие токи текут точно так же, как если бы весь композитный проводник был сверхпроводящим. В этом случае мы можем применить простую теорию, подобную изложейной в разд. [56]
В этом случае необходимо уменьшить экранирующие токи. Для этого следует соответствующим образом расположить нити сверхпроводника, например путем их транспозиции, так, чтобы ни одна из нитей не лежала на одной стороне проводника на длине, большей, чем характеристический размер / кр. Возникающее при изменении поля на длине транспозиции напряжение недостаточно для циркуляции экранирующего тока поперек композитного сверхпроводника. Такую транспозицию трудно осуществить в проводниках больших размеров, но в применении к малым проводникам это достижимо. Таким способом создан внутренне стабильный сверхпроводник. Он будет описан в разд. [57]
В смешанном состоянии магнитное поле проникает в объем сверхпроводящего образца. Область сверхпроводника, через которую проникает внешнее магнитное поле, называется вихрем. Каждый вихрь содержит один элементарный квант магнитного потока Фо 2 - 10 - 15 Вб, радиус вихря равен глубине проникновения К. В центре вихря концентрация сверхпроводящих электронов равна нулю, вокруг вихря циркулирует сверхпроводящий экранирующий ток. [59]
Страницы: 1 2 3 4